Piękna antymateria po raz pierwszy w eksperymencie LHCb
źródło: IPJ
Aparatura detekcyjna eksperymentu LHCb, jednego z czterech najważniejszych przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), zaobserwowała rozpad mezonu pięknego. Detekcja jest kolejnym krokiem na drodze do odkrycia w przyszłości nowych, nieznanych współczesnej fizyce zjawisk - poinformował rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych (IPJ) w Świerku, dr Marek Pawłowski.
W eksperymencie LHCb przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN pod Genewą wykryto pierwszy rozpad mezonu pięknego B+ (be plus) - cząstki naładowanej, zbudowanej z antykwarka pięknego b i kwarka górnego u. Cząstki tego typu były już obserwowane we wcześniejszych eksperymentach.
"Wyjątkowość naszego zdarzenia z mezonem B+ polega na tym, że po raz pierwszy w detektorze LHCb zobaczyliśmy cząstkę, do rejestracji której ten ogromny eksperyment został zaprojektowany" - wyjaśnia dr Marek Szczekowski z IPJ.
Aby wykryć pierwszy rozpad mezonu pięknego, fizycy musieli przeanalizować około 10 milionów zderzeń proton-proton, a następnie zrekonstruować przebieg wybranego zjawiska. Jak zaznacza rzecznik IPJ, rekonstrukcja nie była łatwa, bo w znalezionym zdarzeniu detektory zarejestrowały około 100 innych cząstek. Ustalono, że podczas zderzenia protonu z protonem powstał mezon B+, który przeleciał drogę około dwóch milimetrów i rozpadł się na dwie cząstki - mezon J/psi (jot psi) i kaon K+ (ka plus). Mezon J/psi niemal natychmiast rozpadł się na dwa miony o przeciwnych ładunkach elektrycznych.
Protony w akceleratorze LHC krążą obecnie z energiami 3,5 teraelektronowolta (TeV). Ponieważ do zderzeń dochodzi między wiązkami przeciwbieżnymi, energia sięga wówczas rekordowej wartości 7 TeV. Protony zderzają się jednak stosunkowo rzadko, ponieważ wiązki zawierają ich na razie niewiele. Pierwsza rejestracja mezonu B+ w LHCb wymagała kilku tygodni pracy.
"Przewidujemy, że gdy intensywność wiązek wzrośnie, w ciągu każdej sekundy będziemy rejestrować nawet dwa tysiące rozpadów cząstek pięknych" - deklaruje dr Szczekowski.
Badania dużej liczby takich rozpadów pozwolą dokładnie zmierzyć wiele własności mezonów zawierających kwarki i antykwarki piękne. Fizycy mają nadzieję, że uda się wtedy znaleźć małe różnice w rozpadach i odkryć przyczyny złamania symetrii między materią a antymaterią. Zadanie to jest podstawowym celem eksperymentu LHCb.
"Zgodnie z obecnymi teoriami fizycznymi i modelami kosmologicznymi, 13,7 mld lat temu, tuż po Wielkim Wybuchu, energia zaczęła przekształcać się w materię. Ponieważ cząstki zawsze powstają w parachcząstka-antycząstka, antymaterii powinno być dziś tyle samo co materii. Obserwacje astronomiczne nie potwierdzają tego przypuszczenia - nigdzie nie widać śladów trudnej do uniknięcia anihilacji obiektów kosmicznych. Oznacza to, że Wszechświat jest zdominowany przez materię, która nie jest idealnie lustrzanym odbiciem antymaterii" - przypomina dr Pawłowski.
Dodaje, że wszystkie dotychczasowe pomiary łamania symetrii w rozpadach mezonów pięknych zgadzają się z naszą najlepszą teorią budowy materii - Modelem Standardowym.
Fizycy zdają sobie jednak sprawę, że Model Standardowy ma ograniczony zakres stosowalności i nie wyjaśnia wielu obserwowanych zjawisk. Celem nadrzędnym współczesnej fizyki jest więc stworzenie nowej, dokładniejszej teorii budowy materii.
Nie wiadomo jednak, jak to zrobić, bo teoretycy przedstawili nie jedną, a cały szereg nowych propozycji. Wiele z nich przewiduje istnienie dotychczas nieznanych cząstek elementarnych (np. supersymetrycznych), inne wprowadzają dodatkowe wymiary przestrzeni. Nie jest jasne, która z tych dróg poprawnie opisuje rzeczywistość. Największe eksperymenty przy Wielkim Zderzaczu Hadronów, takie jak ATLAS czy CMS, zaprojektowano, aby bezpośrednio wykrywać cząstki supersymetryczne. W eksperymencie LHCb stosuje się inne, komplementarne podejście - próbuje się znaleźć ślady nowej fizyki poprzez precyzyjne pomiary rozpadów znanych cząstek pięknych.
Jak zauważa dr Pawłowski, fizycy Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku zbudowali 130 modułów (1/3 całości) dryfowych komór słomkowych - elementów zewnętrznego detektora LHCb, służących do rekonstrukcji torów i pomiaru pędu cząstek naładowanych. W Instytucie zaprojektowano, wykonano i przetestowano też moduły elektroniki Readout Supervisor - jedne z najbardziej skomplikowanych układów w systemie zbierania danych eksperymentu LHCb. Tutaj powstał również system optyczny RASNIK, mierzący zmiany położeń ram podtrzymujących moduły komór słomkowych względem mostu, na którym są zawieszone.
Prace nad detektorami dla LHCb zostały zrealizowane we współpracy z Instytutem Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie i Akademią Górniczo-Hutniczą.
W eksperymencie LHCb bierze udział ok. 50 laboratoriów z całego świata. Program fizyczny eksperymentu obejmuje badanie łamania parzystości kombinowanej CP w procesach rozpadu cząstek zawierających kwark piękny b (głównie mezonów B) oraz poszukiwanie ich rzadkich rozpadów. LT
Administratorem danych osobowych jest Media Pakiet Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, adres: 15-617 Białystok ul. Nowosielska 50, @: biuro@elektroonline.pl. W Polityce Prywatności Administrator informuje o celu, okresie i podstawach prawnych przetwarzania danych osobowych, a także o prawach jakie przysługują osobom, których przetwarzane dane osobowe dotyczą, podmiotom którym Administrator może powierzyć do przetwarzania dane osobowe, oraz o zasadach zautomatyzowanego przetwarzania danych osobowych.
